يقول علماء الفيزياء الفلكية إن كوننا يمكن أن يكون في الواقع دونات عملاقة ثلاثية الأبعاد

(واكومكا / جيتي إيماجيس)

تخيل كونًا حيث يمكنك توجيه مركبة فضائية في اتجاه واحد والعودة في النهاية إلى حيث بدأت. إذا كان كوننا عبارة عن كعكة دائرية محدودة ، فإن مثل هذه الحركات ستكون ممكنة ويمكن للفيزيائيين قياس حجمها.

قال عالم الفيزياء الفلكية Thomas Buchert ، من مركز أبحاث الفيزياء الفلكية في جامعة ليون في فرنسا ، لـ Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني: 'يمكننا القول: الآن نحن نعرف حجم الكون'.

متعلق ب: 10 نظريات جامحة عن الكون

فحص الضوء من بداية الكون ، بوشرت وفريق من علماء الفيزياء الفلكية استنتجوا أن كوننا قد يكون متصلاً بشكل مضاعف ، مما يعني أن الفضاء مغلق على نفسه في جميع الأبعاد الثلاثة مثل كعكة ثلاثية الأبعاد.

سيكون مثل هذا الكون محدودًا ، ووفقًا لنتائجهم ، قد يكون الكون بأكمله أكبر بثلاث إلى أربع مرات فقط من حدود الكون المرئي ، على بعد حوالي 45 مليار سنة ضوئية.

يستخدم الفيزيائيون لغة النسبية العامة لأينشتاين لشرح الكون. تربط هذه اللغة محتويات الزمكان بانحناء الزمكان والتواءه ، والذي بدوره يخبر تلك المحتويات بكيفية التفاعل. هذه هي الطريقة التي نختبر بها قوة الجاذبية.

في السياق الكوني ، تربط تلك اللغة محتويات الكون بأكمله - المادة المظلمة و الطاقة المظلمة ، والمادة العادية ، والإشعاع وكل ما تبقى - لشكلها الهندسي العام.

لعقود من الزمان ، ناقش علماء الفلك طبيعة هذا الشكل: ما إذا كان كوننا `` مسطحًا '' (بمعنى أن الخطوط المتوازية التخيلية ستظل متوازية إلى الأبد) ، أو `` مغلقة '' (ستتقاطع الخطوط المتوازية في النهاية) أو `` مفتوحة '' (ستتباعد هذه الخطوط ).

متعلق ب: 8 طرق يمكنك من خلالها رؤية نظرية النسبية لأينشتاين في الحياة الواقعية

إن هندسة الكون هي التي تملي مصيره. ستستمر الأكوان المسطحة والمفتوحة في التوسع إلى الأبد ، بينما سينهار الكون المغلق في النهاية على نفسه.

ملاحظات متعددة ، وخاصة من الخلفية الكونية الميكروويف (وميض الضوء الذي انطلق عندما كان عمر كوننا 380.000 سنة فقط) ، أثبت بقوة أننا نعيش في كون مسطح. تظل الخطوط المتوازية متوازية وسيستمر كوننا في التمدد.

ولكن هناك ما هو أكثر من مجرد الشكل الهندسي. هناك أيضا الطوبولوجيا ، وهي الطريقة التي يمكن أن تتغير بها الأشكال مع الحفاظ على نفس القواعد الهندسية.

على سبيل المثال ، خذ قطعة ورق مسطحة. من الواضح أنها مسطحة - الخطوط المتوازية تبقى متوازية. الآن ، خذ حافتين من تلك الورقة ولفها على شكل أسطوانة. هذه الخطوط المتوازية لا تزال متوازية: الأسطوانات مسطحة هندسيًا. الآن ، خذ الأطراف المقابلة للورقة الأسطوانية وقم بتوصيلها. هذا يجعل شكل كعكة الدونات ، وهي أيضًا مسطحة هندسيًا.

في حين أن قياساتنا لمحتويات وشكل الكون تخبرنا بهندسته - إنه مسطح - فهي لا تخبرنا عن الهيكل. لا يخبروننا ما إذا كان كوننا مترابطًا بشكل مضاعف ، مما يعني أن واحدًا أو أكثر من أبعاد كوننا يتصل ببعضه البعض.

انظر الى الضوء

بينما يمتد الكون المسطح تمامًا إلى ما لا نهاية ، فإن الكون المسطح ذي الهيكل المترابط المتعدد سيكون له حجم محدود. إذا تمكنا بطريقة ما من تحديد ما إذا كان واحدًا أو أكثر من الأبعاد ملفوفة على نفسها ، فسنعرف أن الكون محدود في هذا البعد. يمكننا بعد ذلك استخدام هذه الملاحظات لقياس الحجم الكلي للكون.

ولكن كيف يكشف الكون المترابط بشكل مضاعف عن نفسه؟

قام فريق من علماء الفيزياء الفلكية من جامعة أولم في ألمانيا وجامعة ليون في فرنسا بدراسة الخلفية الكونية الميكروية (CMB). عندما تم إطلاق CMB ، كوننا كان أصغر بمليون مرة مما هو عليه اليوم ، وبالتالي إذا كان كوننا مرتبطًا بشكل مضاعف بالفعل ، فمن المرجح أن يلتف حول نفسه ضمن حدود الكون التي يمكن ملاحظتها في ذلك الوقت.

اليوم ، بسبب توسع الكون ، من المرجح أن يحدث الالتفاف على نطاق يتجاوز الحدود التي يمكن ملاحظتها ، وبالتالي سيكون من الصعب اكتشاف الالتفاف. تمنحنا ملاحظات CMB أفضل فرصة لدينا لرؤية بصمات الكون المترابط بشكل مضاعف.

متعلق ب: 5 أسباب تجعلنا نعيش في كون متعدد

نظر الفريق على وجه التحديد في الاضطرابات - المصطلح الفيزيائي الرائع للنتوءات والتذبذبات - في درجة حرارة الإشعاع CMB. إذا كان هناك بُعد واحد أو أكثر في كوننا سيتواصل مرة أخرى مع أنفسهم ، فلا يمكن أن تكون الاضطرابات أكبر من المسافة حول تلك الحلقات. هم ببساطة لن يتناسبوا.

كما أوضح Buchert لـ Live Science في رسالة بريد إلكتروني ، `` في مساحة غير محدودة ، توجد الاضطرابات في درجة حرارة إشعاع CMB على جميع المقاييس. ومع ذلك ، إذا كان الفضاء محدودًا ، فهناك أطوال موجية مفقودة أكبر من حجم الفضاء.

بمعنى آخر: سيكون هناك حجم أقصى للاضطرابات ، والذي يمكن أن يكشف عن طوبولوجيا الكون.

إجراء الاتصال

إن خرائط CMB المصنوعة من أقمار صناعية مثل WMAP التابع لناسا و Planck التابع لوكالة الفضاء الأوروبية قد شهدت بالفعل قدرًا مثيرًا للاهتمام من الاضطرابات المفقودة على نطاقات كبيرة. قام بوشرت ومعاونوه بفحص ما إذا كانت تلك الاضطرابات المفقودة يمكن أن تكون ناتجة عن كون متعدد الترابط.

للقيام بذلك ، أجرى الفريق العديد من عمليات المحاكاة الحاسوبية لما سيبدو عليه CMB إذا كان الكون عبارة عن طارة ثلاثية ، وهو الاسم الرياضي لدونات عملاقة ثلاثية الأبعاد ، حيث يرتبط كوننا بنفسه في جميع الأبعاد الثلاثة. .

أوضح بوشرت: 'لذلك يتعين علينا إجراء عمليات محاكاة في طوبولوجيا معينة والمقارنة مع ما يتم ملاحظته'. ثم تظهر خصائص التقلبات المرصودة للإشعاع CMB 'قوة مفقودة' بمقاييس تتجاوز حجم الكون. '

تعني القوة المفقودة أن التقلبات في الإشعاع CMB ليست موجودة في تلك المقاييس. قد يعني ذلك أن كوننا مترابط بشكل مضاعف ومحدود على مقياس الحجم هذا.

وأضاف: 'وجدنا تطابقًا أفضل بكثير مع التقلبات المرصودة ، مقارنة بالنموذج الكوني القياسي الذي يُعتقد أنه غير محدود'.

يمكننا تغيير حجم المساحة وتكرار هذا التحليل. والنتيجة هي الحجم الأمثل للكون الذي يتطابق بشكل أفضل مع ملاحظات CMB. من الواضح أن إجابة ورقتنا البحثية هي أن الكون المحدود يطابق الملاحظات بشكل أفضل من النموذج اللانهائي. يمكننا أن نقول: الآن نحن نعرف حجم الكون.

وجد الفريق أن الكون المترابط بشكل مضاعف أكبر بثلاث إلى أربع مرات من فقاعتنا المرصودة يتطابق بشكل أفضل مع بيانات CMB. بينما تعني هذه النتيجة من الناحية الفنية أنه يمكنك السفر في اتجاه واحد وينتهي بك الأمر مرة أخرى حيث بدأت ، فلن تكون قادرًا على تحقيق ذلك في الواقع.

نحن نسكن في الكون المتوسع ، وعلى النطاقات الكبيرة ، يتوسع الكون بمعدل أسرع من سرعة الضوء ، لذلك لا يمكنك أبدًا اللحاق بالحلقة وإكمالها.

وأكد بوشرت أن النتائج لا تزال أولية. يمكن أن تفسر تأثيرات الآلة أيضًا التقلبات المفقودة على المقاييس الكبيرة.

ومع ذلك ، من الممتع تخيل العيش على سطح دونات عملاقة.

محتوى ذو صلة:

11 حقائق رائعة عن مجرتنا درب التبانة

5 أسباب تجعلنا نعيش في كون متعدد

أكبر 18 ألغازًا لم تُحل في الفيزياء

تم نشر هذه المقالة في الأصل بواسطة العلوم الحية . اقرأ المقال الأصلي هنا .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.